Вимірник s – параметрів хвилеводного чотириполюсника

Изобретение относится к радиоизмерительной технике и предназначено для измерения S-параметров четырехполюсников. Известен измеритель РК4-10, предназначенный для исследования элементов матрицы рассеяния (S-параметров) (Справочник по радиоизмерительным приборам / Под ред. В.С. Насонова. - Т.1. Измерение напряжений, параметров элементов цепей. Источники питания. - М.: Сов. радио, 1976. - С.199, рис.5.44), содержащий два рефлектометра на ответвителях и векторный измеритель отношений сигналов, Недостатком измерителя РК4-10 является сложность и громоздкость волноводного тракта. Измеритель параметров четырехполюсника (Бондаренко И.К., Дейнега Г.А., Маграчев З.В. Автоматизация измерений параметров СВЧ трактов. - М.: Сов. радио, 1969. - С.155, рис.4.12), содержащий четырехдетекторный датчик и два вентиля, имеет достаточно простой волноводный тракт, однако, погрешность измерения в диапазоне частот этого прибора большая. Доминирующие погрешности связаны с неиндентичностью амплитудно-частотных характеристик детекторных головок и частотной зависимостью фазового сдвига между двумя парами элементов связи детекторов с волноводом. Наиболее близким техническим решением (прототипом) является измеритель комплексного коэффициента отражения (А.с. СССР №1688193, кл. G01R27/06, 1991, Бюл. №40), который содержит генератор СВЧ, двухщелевой однодетекторный датчик с отрезком прямоугольного волновода, на широкой стенке которого закреплен круглый волновод, связанный с прямоугольным двумя щелями связи с установленными в них p-i-n диодами, детекторную головку, размещенную в круглом волноводе, индикаторное устройство. Это т измеритель позволяет измерять только комплексный коэффициент отражения, а комплексный коэффициент передачи волноводного четырехполюсника он измеритель не может. Однако, только оба эти комплексных коэффициенты (S-параметры) дают исчерпывающую информацию о свойствах исследуемых волноводных четырехполюсников. Технической задачей изобретения является расширение функциональных возможностей измерителя, т.е. измерение как комплексного коэффициента отражения, так и комплексного коэффициента передачи (или S-параметров) волноводных четырехполюсников. Для этого в измеритель S-параметров волноводного четырехполюсника, содержащий последовательно соединенные генератор СВЧ, отрезок прямоугольного волновода однодетекторного датчика, исследуемый волноводный четырехполюсник, а также индикаторное устройство, введен 180-градусный плавный волноводный изгиб, соединенный со вторым отрезком выходного прямоугольного волновода однодетекторного датчика, нагруженным согласованной нагрузкой, на широкой стенке которого прорезаны две наклонные щели с установленными в них p-i-n диодами, симметричные и индентичные щелям во входном волноводе однодетекторного датчика возбуждающие детекторную головку, установленную между широкими стенками входного и вы ходного волноводов датчика. По сравнению с известным устройством предлагаемый измеритель проявляет новые технические свойства, заключающиеся в возможности измерения комплексных Sпараметров волноводного четырехполюсника. Эти свойства предлагаемого измерителя являются новыми и существенными, так как в прототипе детекторная головка возбуждалась поочередно сигналами от двух щелей связи, несущими информацию только о модуле и фазе коэффициента отражения, а в предлагаемом измерителе детекторная головка поочередно возбуждается от четырех щелей связи, несущими информацию о модуле и фазе и коэффициента отражения и коэффициента передачи. Две дополнительно введенные щели с установленными в них p-i-n диодами позволяют получить сигналы, несущие информацию о модуле и фазе коэффициента передачи. Как и прототип, предлагаемый измеритель обладает высокой точностью конструктивной простотой волноводного тракта, широкополосностью. Вышеизложенное позволяет сделать вывод о более высоких потребительских свойствах заявляемого устройства. На чертеже (фиг.) приведена функциональная схема измерителя S-параметров волноводного четырехполюсника. Измеритель S-параметров волноводного четырехполюсника содержит последовательно соединенные генератор СВЧ 1, входной волновод 2 однодетекторного датчика 3, исследуемый четырехполюсник 4, 180-градусный плавный волноводный изгиб 5, выходной волновод 6 однодетекторного датчика 3 с согласованной нагрузкой 7; детекторную головку 8 однодетекторного датчика 3, выполненную в виде отрезка запредельного волновода 9 с симметрично установленным СВЧ диодом 10, расположенную между широкими стенками прямоугольных волноводов датчика и связанную с ними посредством двух пар наклонных щелей (I и II, прорезанных в широкой стенке входного волновода, I' и II', прорезанных в широкой стенке выходного волновода) с установленными в них pi-n диодами (на фиг.1 не показаны); выход СВЧ диода детекторной головки присоединен к сопряженному с ЭВМ индикаторному устройству 11. Измеритель работает следующим образом. Сигнал от генератора СВЧ 1 через щели связи I и II поступает на СВЧ диод 10 детекторной головки 8 датчика 3, туда же через указанные щели поступает и отраженный сигнал от исследуемого волноводного четырехполюсника 4, а прошедший через исследуемый четырехполюсник сигнал попадает на диод через щели связи I' и II'. В результате интерференции падающей, отраженной и прошедшей волн сигналы с детектора несут информацию о модуле и фазе коэффициентов отражения и передачи исследуемого волноводного устройства. Метод измерения S-параметров волноводных устройств основан на последовательном анализе амплитудно-фазового распределения сигналов, возбуждаемых поочередно щелями связи, p-i-n диоды, установленные в щелях, могут либо открывать их, либо закрывать. Фазовый сдвиг между сигналами, возбуждаемыми щелями I и II (а также I' и II') равен 90°. При измерении модуля и фазы коэффициента отражения исследуемого волноводного четырехполюсника щели I' и II' постоянно закрыты. Попеременно открываются и закрываются щели I и II. Вначале открыта щель I, щель II закрыта. На индикаторное устройство 11 в блок выборки и хранения информации с диода 10 поступает сигнал U1 где k - коэффициент пропорциональности, Er - сигнал генератора, S11 и j11 - модуль и фаза коэффициента отражения исследуемого устройства. По истечении определенного промежутка времени щель 1 закрывается и открывается щель II. На индикаторное устройство 11 поступает сигнал U2 В течении следующего промежутка времени открыты обе щели I и II. На индикаторное устройство 11 с диода 10 поступает сигнал U3 В следующий промежуток времени в индикаторном устройстве 11 происходит обработка сигналов U1, U2, U3 в такой последовательности Параметры S11 и j11 отображаются на дисплее ЭВМ. При распределении S11 и j11 на другой частоте все операции повторяются. При измерении модуля и фазы коэффициента передачи исследуемого волноводного четырехполюсника вначале открыты щели I и I'; на индикаторное устройство поступает сигнал U8 - модуль и фаза коэффициента передачи исследуемого устройства. В следующий промежуток времени щели I и I' закрываются, а открываются щели II и II'. В блок хранения индикаторного устройства 11 поступает сигнал U9 В следующий промежуток времени открыты все четыре щели I и II, I' и II'. На индикаторное устройство поступает сигнал U10 Сигналы с детектора U8, U9, U10 в индикаторном устройстве подвергаются дальнейшей обработке Параметры S21 и y 21 отображаются на дисплее ЭВМ. Используя генератор СВЧ с электрически управляемой частотой, можно исследовать измеряемое устройство в диапазоне частот и на экране дисплея получить зависимость модулей и фаз коэффициентов отражения и передачи от частоты.